Что такое и как устроена адаптивная подвеска

Одним из способов совершенствования автомобильной подвески является использование в ней функции адаптации под характер дороги, скорость передвижения или стиль езды. Реализовать такое возможно с применением электронного оборудования и быстродействующих электромагнитных, пневматических и гидравлических исполнительных механизмов. Один и тот же автомобиль при оперативном изменении характеристик подвески может приобретать отдельные способности шоссейного спорткара, внедорожника или лёгкого грузовика. Или просто значительно улучшить комфорт для пассажиров.

Основы организации адаптации

Для получения свойства подстраиваться под внешние воздействия или команды водителя подвеска должна приобрести активный характер. Пассивные механизмы всегда однозначно реагируют на те или иные воздействия. Активные же способны менять свои характеристики. Для этого в них имеется управляющий электронный блок, представляющий собой компьютер, собирающий информацию от датчиков и иных систем автомобиля, принимающий указания от водителя и после обработки задающий режим исполнительным устройствам.

Как известно, подвеска состоит из упругих элементов, демпфирующих устройств и направляющего аппарата. Теоретически можно управлять всеми этими составляющими, но на практике вполне достаточно менять свойства демпферов (амортизаторов). Это относительно легко делать с приемлемым быстродействием. Хотя если скорость реакции не требуется, например регулировкам подлежит парковочный режим, изменение клиренса или статической жёсткости, то вполне возможно адаптировать конфигурацию подвески по всем её компонентам.

Для оперативной адаптации потребуется учесть множество входных параметров:

• данные о неровностях дорожного покрытия, как текущих, так и предстоящих;
• скорость движения;
• направление, то есть угол поворота управляемых колёс и угловое ускорение автомобиля в целом;
• положение и скорость вращения рулевого колеса;
• требования водителя по данным анализа его стиля управления, а также введённые в ручном режиме;
• положение кузова относительно дороги, параметры его изменения во времени;
• сигналы датчиков радарного типа, анализирующие состояние покрытия перед автомобилем;
• продольные и поперечные ускорения автомобиля, режимы работы двигателя и тормозной системы.

Программа управляющего блока содержит алгоритмы реагирования на все поступающие сигналы и накапливания информации. Команды поступают в типовом случае на электроуправляемые амортизаторы всех колёс, индивидуально на каждое, а также на активные муфты стабилизаторов поперечной устойчивости. Или на заменяющие их устройства при работе в составе подвесок, полностью управляемых гидравликой, а также наиболее высокотехнологичных продуктов, работающих исключительно на электромагнитном взаимодействии. В последнем случае быстродействие настолько высоко, что от работы подвески можно добиться практически идеального поведения.

Состав системы

В комплекс входят устройства, обеспечивающие работу по регулированию демпфирующих свойств и динамической жёсткости, а также минимизирующие крены кузова:

• контроллер подвески с микропроцессором, памятью и схемами ввода-вывода;
• активные механизмы парирования крена (управляемые стабилизаторы поперечной устойчивости);
• комплекс датчиков;
• амортизаторы, допускающие электронное управление жёсткостью.

Органами управления приборной панели, чаще всего это бортовой интерактивный дисплей, водитель может задать один из режимов работы по своим предпочтениям. Допускается преобладание комфорта, спортивности или внедорожных способностей, а также более продвинутая индивидуальная настройка функций с запоминанием режима. Накопленная адаптация может быть оперативно сброшена на исходные настройки.

Требования к поперечным стабилизаторам всегда отличаются противоречивостью. С одной стороны, их назначение состоит в обеспечении минимальных кренов кузова. Но так подвеска приобретает характер зависимости, а значит снижается комфорт. При движении по плохим дорогам более ценным свойством будет ещё большая свобода отдельных колёс для достижения максимальной артикуляции осей. Только так для обеспечения постоянного контакта шин с покрытием будут полностью использованы все запасы ходов подвески. Стабилизатор с постоянной жёсткостью, который обычно представляет собой простой пруток из пружинной стали, работающий по принципу торсиона, одинаково хорошо служить во всех условиях не сможет.

В активных подвесках стабилизатор выполняется разрезным, с возможностью электронного регулирования. Для управления приведённой жёсткостью можно использовать разные принципы. Одни производители применяют преднатяг на закручивание электродвигателем с редуктором, другие гидравлический способ, устанавливая гидроцилиндры на стабилизатор или его крепление к кузову. Возможна и полная имитация штанги стабилизатора индивидуальными гидроцилиндрами, работающими параллельно с упругими элементами.

Регулируемые амортизаторы

Обычный амортизатор имеет свойство изменения своей динамической жёсткости в зависимости от скорости и ускорения движения штока. Достигается это системой дросселирующих клапанов, через которые перетекает амортизационная жидкость.

Для оперативного контроля перепускных дросселей возможны два пути – установка электромагнитных клапанов золотникового типа или изменение свойств жидкости в магнитном поле. Производители применяют оба способа, второй реже, поскольку для него потребуется специальная жидкость, изменяющая свою вязкость в магнитном поле.

Основные эксплуатационные отличия адаптивных подвесок

Активные подвески со свойством адаптации предоставляют возможности программного управления потребительскими качествами автомобиля на любых дорогах:

• кузов всегда сохраняет заданное положение относительно дороги, отклонения от которого определяются только быстродействием системы адаптации;
• колёса располагают максимально достижимым постоянным контактом с покрытием;
• уровень ускорений в салоне от неровностей значительно ниже, чем при традиционной подвеске, что повышает комфорт поездки;
• автомобиль лучше управляется и более стабилен на высоких скоростях;
• наиболее продвинутые системы могут предвидеть наезды на неровности, сканируя дорогу перед колёсами и заблаговременно подстраивая амортизаторы.

Недостаток, как и у всех сложных систем, один – высокая сложность и связанные с этим показатели надёжности и стоимости. Поэтому адаптивные подвески используются в премиум-сегменте или в качестве опционального оборудования.

Алгоритмы работы и набор оборудования постоянно усложняются и совершенствуются. Основная цель разработок в области активных адаптирующихся подвесок состоит в достижении максимального покоя кузова автомобиля, что бы ни происходило с колёсами и связанными с ними неподрессоренными массами. При этом все четыре колеса должны постоянно сохранять контакт с дорогой, удерживая автомобиль на заданной траектории.